مبدل حرارتی بازیابی حرارت بویلر، صرفه جویی در انرژی و کاهش کربن را در صنعت فولاد تقویت می کند

موقعیت هسته: ارزش اصلی مبدل های حرارتی بازیابی حرارت دیگ بخار
تولید فولاد را نمی توان از پشتیبانی انواع دیگهای بخار مانند کوره بلند کوره ها، دیگ های تولید برق گاز، کولرهای رینگ تف جوشی، کوره های کک و غیره جدا کرد. این تجهیزات مقدار زیادی گرمای اتلاف در سطوح دمایی مختلف در حین کار - از گاز دودکش با دمای متوسط ​​و پایین در 100 درجه گاز دودکش 100 درجه تا دمای بالا تولید می کنند. در صورت تخلیه مستقیم، نه تنها باعث اتلاف جدی انرژی می شود، بلکه آلودگی حرارتی محیط را تشدید می کند. ارزش اصلی مبدل‌های حرارتی بازیابی حرارت دیگ بخار در ساختن یک سیستم حلقه بسته «استفاده مجدد از انرژی تبادل حرارتی کارآمد جذب گرمای زباله»، تطبیق دقیق ویژگی‌های گرمای اتلاف دیگ‌های کارخانه فولاد، تبدیل گرمای از دست رفته به انرژی قابل استفاده مانند پیش‌گرم کردن هوای احتراق، گرم کردن آب تغذیه دیگ بخار، و تولید «به‌عنوان بخار» است. عملکرد آن مستقیماً کارایی بازیابی حرارت هدر رفته دیگ بخار و اثرات صرفه جویی در انرژی و کاهش کربن را تعیین می کند، و یک پل کلیدی است که استفاده مجدد از حرارت و انرژی اتلاف دیگ را به هم متصل می کند.

(1) صرفه جویی در انرژی و کاهش مصرف، بهبود بهره وری استفاده از انرژی

در گرمای اتلاف ساطع شده از دیگهای بخار کارخانه فولاد، گرمای منتقل شده توسط گاز دودکش با دمای بالا به تنهایی بیش از 40 درصد از کل گرمای اتلاف شده تجهیزات را تشکیل می دهد. مبدل های حرارتی بازیابی حرارت دیگ بخار با کیفیت بالا می توانند راندمان انتقال حرارت بیش از 85 درصد را به دست آورند که تا حد زیادی کارایی مصرف انرژی را بهبود می بخشد. به عنوان مثال، پس از تصفیه گاز دودکش از اجاق بلند کوره بلند توسط یک مبدل حرارتی، هوا و گاز را می توان تا 190-380 درجه پیش گرم کرد، که به طور قابل توجهی مصرف سوخت اجاق گاز داغ را کاهش می دهد و به بهبود بازده انرژی نهایی فرآیند کوره بلند کمک می کند. سود کلی را می توان 2٪ -4٪ افزایش داد. پس از وارد کردن یک مبدل حرارتی دوار بزرگ به یک کوره بلند 2500 متر مکعبی از یک شرکت فولادی 10 میلیون تنی، دمای هوای احتراق از دمای اتاق به 380 درجه افزایش یافت، راندمان احتراق سوخت کوره بلند به میزان 12٪ افزایش یافت و نسبت کک از 550/5ktg به 4,00kg به 8/8 کاهش یافت. دستیابی به صرفه جویی قابل توجه در انرژی در عین حال، مبدل حرارتی می تواند دمای خروجی دیگ بخار را به 100-130 درجه کاهش دهد، از اتلاف حرارت جلوگیری کرده و سطح کلی مصرف انرژی کارخانه فولاد را برای نزدیک شدن به معیار صنعت ارتقا دهد.

(2) کاهش هزینه ها و افزایش کارایی، افزایش رقابت اصلی شرکت ها

هزینه انرژی جزء مهمی از هزینه تولید شرکت های فولادی است. مبدل های حرارتی بازیابی حرارت بویلر به طور مستقیم با کاهش مصرف سوخت و برق خریداری شده، هزینه های عملیاتی را برای شرکت ها کاهش می دهد، در حالی که سرمایه گذاری در عملیات و تعمیر و نگهداری تجهیزات را کاهش می دهد و به سود بازدهی دوگانه دست می یابد. با در نظر گرفتن کوره بلند 1800 متر مکعبی Qinggang به عنوان مثال، با پشتیبانی از یک مبدل حرارتی بازیابی حرارت اختصاصی، می توان هر سال مقدار اضافی گرما را بازیافت کرد که معادل 39.57 میلیون متر مکعب استاندارد گاز صرفه جویی می شود. همراه با کاهش نشت هوا و صرفه جویی در گاز، مزایای صرفه جویی در انرژی سالانه به 9.116 میلیون یوان می رسد. پس از کسر هزینه های عملیاتی، مزایای صرفه جویی در انرژی افزایشی حدود 8.91 میلیون یوان است. یک کارگاه مبدل 120 تنی از یک مبدل حرارتی لوله پره دار مارپیچی استفاده می کند که می تواند 12 میلیون کیلوکالری گرما را در هر کوره فولاد بازیابی کند که معادل 1.2 تن ذغال سنگ استاندارد است. تولید برق سالانه 18 میلیون کیلووات ساعت افزایش می یابد و چرخه تعمیر و نگهداری تجهیزات از 4 بار در سال به 2 برابر کاهش می یابد و هزینه های تعمیر و نگهداری را 40 درصد کاهش می دهد. برای شرکت‌های بزرگ فولادی، یک سیستم مبدل حرارتی بازیابی حرارت دیگ بخار می‌تواند هزینه‌ها را سالانه میلیون‌ها یا حتی ده‌ها میلیون یوان کاهش دهد و رقابت شرکت در بازار را به طور قابل‌توجهی افزایش دهد.

(3) کاهش کربن سبز، کمک به دگرگونی کم کربن-در صنعت
تحت هدف "کربن دوگانه"، صنعت فولاد با الزامات سختگیرانه کاهش انتشار مواجه است. مبدل های حرارتی بازیابی حرارت بویلر می توانند به طور موثری مصرف انرژی مانند زغال سنگ و گاز طبیعی را با بازیابی گرمای اتلاف به جای سوزاندن سوخت های فسیلی کاهش دهند و در نتیجه انتشار آلاینده هایی مانند دی اکسید کربن، دی اکسید گوگرد و اکسیدهای نیتروژن را کاهش دهند. طبق محاسبات، به ازای هر 1GJ گرمای اتلاف بازیابی شده، تقریباً 80-100 کیلوگرم انتشار دی اکسید کربن را می توان کاهش داد. با در نظر گرفتن یک شرکت فولادی با ظرفیت تولید 5 میلیون تن به عنوان مثال، با پشتیبانی مبدل های حرارتی بازیافت حرارت بویلر، سالانه 26000 تن دی اکسید کربن، 750 تن دی اکسید گوگرد و 375 تن اکسید نیتروژن کاهش می یابد. فولاد ویژه شینگ گرمای اتلاف گاز زغال سنگ خام را از طریق مبدل حرارتی بالابر اجاق کک بازیابی می کند و به مزایای متعدد کاهش مصرف انرژی کک سازی و کنترل انتشار آلاینده ها دست می یابد. پروژه کاهش کربن و تثبیت آن در تولید فولاد معتدل، انتشار کربن را سالانه 300000 تن کاهش می دهد و به عنوان یک "مورد معمول بی طرفی کربن" توسط وزارت اکولوژی و محیط زیست شناخته شده است. پس از استقرار مبدل‌های حرارتی مختلف بازیابی حرارت در طول کل فرآیند، یک شرکت پیشرو فولاد انتشار دی اکسید کربن را سالانه 850000 تن کاهش داد و مزایای اقتصادی بیش از 230 میلیون یوان را ایجاد کرد که به طور کامل ارزش کربن پایین مبدل‌های حرارتی را نشان می‌دهد.

انواع هسته و ویژگی های فنی: مناسب برای چندین سناریو دیگ بخار در کارخانه های فولادی

انواع مختلفی از دیگ‌ها در کارخانه‌های فولاد وجود دارد، با تفاوت‌های قابل‌توجهی در ویژگی‌های گرمای اتلاف - دما از 100 درجه سانتی‌گراد تا 1050 درجه سانتی‌گراد، و ترکیبات پیچیده گازهای دودکش (از جمله گوگرد، کلر، گرد و غبار و غیره). مبدل‌های حرارتی بازیابی حرارت دیگ مربوطه نیز انواع متفاوتی را نشان می‌دهند، که هسته آن حول محور «استفاده از آبشار، تبادل حرارت دقیق»، تطبیق با سناریوهای مختلف دیگ بخار و کیفیت گرمای اتلاف، دستیابی به حداکثر استفاده از منابع گرمای هدر رفته، و حل نقاط درد مانند خوردگی، تجمع خاکستر و کاهش عملکرد تجهیزات سنتی است.

(1) انواع مبدل حرارتی اصلی و مزایای تکنولوژیکی

1. مبدل حرارتی پیش گرمایش دوگانه کنترل دما: با استفاده از روغن حرارتی به عنوان واسطه حرارتی، یک سیستم تبادل حرارتی از "هوا/گاز نفت حرارتی دودکش" ساخته شده است که متشکل از مبدل حرارتی گاز دودکش، مبدل حرارتی هوا، مبدل حرارتی گاز و سیستم کنترل هوشمند است، که عمدتاً برای بازیابی دمای پایین-و گرم‌ترین گاز دودکش مناسب است. دیگ بخار مزیت اصلی آن این است که به طور اساسی مشکل خوردگی نقطه شبنم اسیدی در دمای پایین را حل کند، پدیده انباشتگی خاکستر را کاهش دهد، و عمر مفید تجهیزات می تواند به بیش از 10 سال برسد، که بسیار بیشتر از عمر مفید مبدل های حرارتی صفحه و لوله حرارتی سنتی 3-5 سال است. در شرایط عملیاتی عادی، گرمای اتلاف در دمای ورودی گاز دودکش 280 درجه را می توان برای پیش گرم کردن گاز و هوا تا دمای 190 درجه بازیابی کرد. هنگامی که دمای ورودی گاز دودکش 330 درجه باشد، دمای پیش گرمایش را می توان تا 230 درجه افزایش داد و دمای اگزوز را می توان با حداقل 100 درجه به زیر 130 درجه کاهش داد.

2. High temperature sleeve heat exchanger: Designed for high temperature conditions, the upper limit of the working temperature of the hot fluid reaches 1050 ℃, breaking through the bottleneck of conventional heat exchangers in handling high temperature media. Adopting a "radiation+convection" composite heat transfer mode, the high-temperature section (>750 درجه) از یک ماژول انتقال حرارت تابشی نوع آستین برای انتقال انرژی گرمایی از طریق ویژگی های تشعشع گاز دودکش استفاده می کند و از آسیب استرس حرارتی جلوگیری می کند. هنگامی که دما به زیر 750 درجه می‌رسد، به حالت انتقال حرارت همرفتی، همراه با مزیت انتقال حرارت با راندمان بالا مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای، ضریب انتقال حرارت می‌تواند به 3500W/(m² · K) برسد، و ردپای تجهیزات بیش از 40 درصد در مقایسه با راه‌حل‌های سنتی کاهش می‌یابد [2]. پس از نوسازی یک کوره بلند 2000 متر مکعبی در یک کارخانه فولاد معین، راندمان بازیافت حرارت معقول گاز تا 22 درصد افزایش یافت و سالانه 12000 تن زغال سنگ استاندارد صرفه جویی کرد.
3. مبدل حرارتی لوله: یکی از پرکاربردترین انواع، هسته از چندین لوله فلزی مقاوم در برابر دمای بالا (مانند فولاد ضد زنگ 310S، آلیاژ Inconel و غیره) تشکیل شده است. گاز دودکش با دمای بالا در خارج از بسته‌بندی لوله جریان می‌یابد، و محیطی که قرار است گرم شود در داخل لوله گردش می‌کند و انتقال حرارت را از طریق رسانش حرارتی دیواره لوله انجام می‌دهد. این سازه محکم است، قادر به تحمل دما و فشارهای بالای 800-1200 درجه، تمیز کردن و نگهداری آسان است و برای محیط‌های گاز دودکش با محتوای گرد و غبار بالا، مانند کوره‌های بلند و مبدل‌ها در کارخانه‌های فولادی، مناسب است. مبدل 120 تنی یک شرکت فولادی ویژه از یک مبدل حرارتی لوله پره دار مارپیچی با مساحت واحد تبادل حرارتی 3200 متر مربع استفاده می کند. باله ها از مواد آلیاژ نیکل کروم با مقاومت دمایی 850 درجه ساخته شده اند که به طور موثر در برابر خوردگی در دمای بالا مقاومت می کنند و دمای گاز دودکش را از 800 درجه به 280 درجه کاهش می دهند. اثر بازیابی گرمای زباله قابل توجه است.

4. مبدل حرارتی صفحه ای: با استفاده از صفحات فلزی موجدار به عنوان عناصر تبادل حرارتی، کانال های باریکی بین صفحات تشکیل می شود و گاز دودکش با دمای بالا برعکس با محیطی که قرار است گرم شود جریان می یابد. منطقه انتقال حرارت بزرگ و راندمان بالا است که 10٪ -30٪ بیشتر از مبدل های حرارتی لوله سنتی است. حجم فشرده برای سناریوهای فضای محدود مناسب است. برای گاز دودکش با دمای بالا 650 درجه در کوره گرمایش نورد فولادی، مبدل حرارتی صفحه ای نوع ضد خاکستر از طراحی صفحه خاصی برخوردار است و مجهز به سیستم تمیز کردن خاکستر خودکار است که می تواند از گرمای گاز دودکش برای پیش گرم کردن هوای احتراق و آب خنک کننده آسیاب نورد استفاده کند و مصرف سوخت کوره گرمایش را 10٪ کاهش دهد.

5. مبدل های حرارتی کمکی: از جمله اکونومایزرها، پیش گرم کن های هوا، مبدل های حرارتی لوله های حرارتی و غیره، که عمدتاً برای بازیابی حرارت اتلاف در دمای متوسط ​​و پایین (دما) استفاده می شود.<500 ℃). Economizer recovers waste heat from boiler exhaust to heat water and reduce boiler energy consumption; Preheat the combustion air with an air preheater to improve combustion efficiency; Heat pipe heat exchangers have extremely strong thermal conductivity, dozens of times that of traditional metals, and can efficiently transfer heat at small temperature differences. They are suitable for the recovery of medium and low temperature waste heat such as blast furnace gas and sintering flue gas, but need to solve the problems of traditional heat pipe overheating and bursting, and annual performance degradation of 5%.

روندهای صنعت و چشم انداز توسعه
با ترویج «برنامه اقدام ویژه صرفه جویی انرژی و کاهش کربن در صنعت فولاد» تا پایان سال 2025، مصرف انرژی به ازای هر واحد محصول کوره بلند و مبدل در صنعت فولاد بیش از 1 درصد نسبت به سال 2023 کاهش می یابد و مصرف انرژی جامع به ازای هر تن فولاد بیش از 2 درصد کاهش می یابد. مبدل های حرارتی بازیابی حرارت بویلر، به عنوان تجهیزات اصلی برای صرفه جویی در انرژی و کاهش کربن، فضای توسعه گسترده تری را ایجاد خواهند کرد. بر اساس نیازهای توسعه صنعت و جهت گیری های نوآوری فن آوری، سه روند توسعه اصلی برای مبدل های حرارتی بازیابی حرارت دیگ بخار در آینده وجود خواهد داشت.

یکی ارتقاء هوش تکنولوژیکی، ادغام فناوری‌های جدید مانند هوش مصنوعی، دوقلوهای دیجیتال، و اینترنت اشیا برای دستیابی به{0}}نظارت زمان واقعی، تنظیم دقیق، و هشدار خطا در مورد وضعیت عملکرد مبدل‌های حرارتی، بهبود بیشتر راندمان تبادل حرارت و کاهش هزینه‌های عملیاتی و نگهداری؛ در عین حال، توسعه مبدل‌های حرارتی تطبیقی ​​می‌تواند به طور خودکار پارامترهای عملیاتی را بر اساس نوسانات دمای گرمای هدر رفته و سرعت جریان تنظیم کند و با سناریوهای پیچیده گرمای اتلاف در کارخانه‌های فولادی سازگار شود.

دوم، نوآوری در مواد و ساختار، با استفاده از مواد آلیاژی پیشرفته‌تر-مقاوم در برابر دما و خوردگی{1}، مانند INCONEL 625، فولاد ضد زنگ 310S و غیره، برای بهبود پایداری مبدل حرارتی در محیط‌های با دمای بالا، خوردگی بالا و محیط‌های گرد و غبار بالا؛ طراحی ساختاری مبدل‌های حرارتی را بهینه کنید، مبدل‌های حرارتی فشرده و کارآمد را توسعه دهید، جای پا را کاهش دهید و استفاده از فضا را بهبود بخشید، مانند کاهش ردپای مبدل‌های حرارتی با دمای بالا تا بیش از 40 درصد در مقایسه با راه‌حل‌های سنتی.

سوم توسعه یکپارچه سازی سیستم است که مبدل های حرارتی بازیابی حرارت دیگ بخار را با بازیافت گاز، چرخه بخار و سیستم های ذخیره انرژی ترکیب می کند تا یک سیستم بازیافت انرژی یکپارچه ایجاد کند، خودکفایی انرژی شرکت را{0}}افزایش دهد، و با نوسانات قیمت برق و خطرات عرضه انرژی مقابله کند. در عین حال، ترکیب فناوری‌های جدید ذوب مانند متالورژی هیدروژن، بهینه‌سازی طراحی مبدل حرارتی، انطباق با ساختارهای جدید منبع حرارت و ارتقای صنعت فولاد برای حرکت از «حفظ انرژی و کاهش کربن» به «انتشار کربن صفر».

علاوه بر این، با بهبود مستمر استانداردهای صنعت، مانند ارتقای استانداردهای صنعتی برای بازیافت گرمای اتلاف از گاز رایزر کوره کک، استفاده از مبدل های حرارتی بازیابی حرارت دیگ بخار استاندارد و استانداردتر خواهد شد و سطح بهره وری انرژی کلی صنعت را ارتقا می دهد. با توجه به ظرفیت تولید 1 میلیارد تن آهن ملی، در صورت ارتقای کامل مبدل های حرارتی بازیابی حرارت دیگ پیشرفته، می توان حدود 4.8 میلیارد یوان در هزینه ها صرفه جویی کرد و انتشار دی اکسید کربن را سالانه 5.2 میلیون تن کاهش داد که مزایای اقتصادی و زیست محیطی قابل توجهی دارد.